6.2 Einfluss des Phasenverhaltens von Silikonölen durch die Implementierung silikatischer
6.2.2 Bewertung eines Wirkungssynergismus
Die im Rahmen der Charakterisierung des Schaumverhaltens von Tensidlösungen unter Zusatz von Silikonöl-Compounds (Kap. 5) sowie der Untersuchungen zum Phasenverhalten silikonölreicher Gele gewonnenen Ergebnisse zur Wirkung von Kieselsäure/ Silikonharz-Kombinationen (Kap. 6.2.1) veranlassen zu einer eingehenderen Prüfung eines möglichen Wirkungssynergismus zwischen diesen beiden Spezies auf die Destabilisierung von silikonölreichen Gelen.
AK5 + MQ803 (0.1) AK5
APF130 + MQ803 (0.1) APF130 n-Heptan + MQ803 (0.1)
n-Heptan
0 25 50 75 100 125
Msat
+ HDK H15 + MQ803 (jeweils 0.075)
+ HDK H15 + MQ803 (jeweils 0.075) + HDK H15 + MQ803 (jeweils 0.075)
+ HDK V15 + MQ803 (jeweils 0.075) + HDK V15 + MQ803 (jeweils 0.075) + HDK V15 + MQ803 (jeweils 0.075)
+ HDK H15 (0.1)
Zu diesem Zweck erfolgte eine Gegenüberstellung der Werte für Msat von Öl-Compounds mit
Die Bewertung einer möglichen synergistischen Wirkung der Kombination aus zwei Komponenten erfolgt dann analog zu den Überlegungen aus Kap. 5.1.2 c) (S. 84). Der FS-Faktor für die silikonölreichen Gele lautet dann:
reinesÖl
Ist FS > 1, liegt ein Wirkungssynergismus zwischen HDK und MQ803 vor, da dann die Herabsetzung von Msat stärker ausfällt, als unter der Annahme einer rein additiven Wirkung der beiden Einzelkomponenten zu erwarten wäre.
Experimentell wurden die Bestimmungen von Msat auf der Grundlage von wässrigen Lösungen mit 15,0 Gew.-% SDS bzw. 15,0 Gew.-% TX-100 durchgeführt (Abb. 6.34 und Abb. 6.35). Der Erwartungswert für die additive HDK/ MQ-Wirkung wurde unter der Annahme eines experimentellen Fehlers in Msat von 10 % berechnet. Die Fehlergrenzen sind entsprechend eingezeichnet. Auch die Fehlerbalken der tatsächlichen Msat-Werte im HDK/ MQ-System (entsprechend 10 % Toleranz) sind dargestellt.
Eine Übersicht der Synergismus-Bewertungen ist in Tab. 6.4 gegeben. Die teilweise gefundenen negativen Beeinflussungen sind aber nur schwach ausgeprägt und könnten bei grober Betrachtung auch als „0“ (kein signifikanter Effekt der Kombination) bewertet werden.
Abb. 6.34: Übersicht über die Untersuchungen zur Bewertung eines Wirkungssynergismus zwischen HDK und MQ803 im System Öl/ Wasser/ SDS (15,0 Gew.-%)
15,0 Gew.-% SDS
HDK V15/ MQ HDK H15/ MQ
AK5 0 (1,05 ± 0,21) – (0,63 ± 0,13)
APF130 0 (1,26 ± 0,26) + (3,16 ± 0,64)
n-Heptan – (0,65 ± 0,13) 0 (1,22 ± 0,24)
Tab. 6.3: Übersicht über die Untersuchungen zur Bewertung eines HDK/ MQ-Synergismus im SDS-System (0 = kein signifikanter Effekt der Kombination; + = synergistische Wirkung; – = negative synergistische
Wirkung); FS-Werte in Klammern
AK5 + MQ803
Abb. 6.35: Übersicht über die Untersuchungen zur Bewertung eines Wirkungssynergismus zwischen HDK und MQ803 im System Öl/ Wasser/ TX-100 (15,0 Gew.-%)
15,0 Gew.-% TX-100
HDK V15/ MQ HDK H15/ MQ
AK5 – (0,73 ± 0,15) – (0,58 ± 0,12)
APF130 0 (1,28 ± 0,26) + (1,45 ± 0,29)
n-Heptan – (0,59 ± 0,12) 0 (0,80 ± 0,16)
Tab. 6.4: Übersicht über die Untersuchungen zur Bewertung eines HDK/ MQ-Synergismus im TX-100-System (0 = kein signifikanter Effekt der Kombination; + = synergistische Wirkung; – = negative
synergistische Wirkung); FS-Werte in Klammern
AK5 + MQ803
Zusammenfassend kann bzgl. der Synergismus-Bewertung festgehalten werden, dass eine für alle untersuchten Öle gültige Wirkung der HDK/ MQ-Kombinationen nicht beobachtet werden kann.
Die Resultate entsprechen einander qualitativ sehr gut im Vergleich der beiden Tensidlösungen.
Deutlich kann man erkennen, dass ausschließlich die Kombination aus HDK H15 und MQ803 im PPMS-Öl APF130 in beiden Tensidsystemen signifikant einen synergistischen Effekt aufweist.
Hingegen offenbart dieselbe Kombination im PDMS-Öl AK5 einen starken negativen Synergismus in Form einer Erhöhung von Msat.
Die Tatsache, dass die Msat-Werte im System n-Heptan + HDK V15 + MQ803 einen ausgeprägten negativen Synergismus zeigen, könnte hingegen der Tatsache der oben bereits erwähnten schlechten Dispergierbarkeit der Kieselsäure-Partikel geschuldet sein und soll hier nicht vertieft diskutiert werden.
6.2.3 Einfluss eines variierenden Gewichtsanteils silikatischer Komponenten auf die Gelstabilität
Anhand ausgewählter Beispiele soll eine Quantifizierung des Einflusses variabler Gewichtsanteile der in den Silikonöl-Compounds implementierten silikatischen Komponenten vorgenommen werden.
Hierzu wurden gesättigte Gele auf der Basis wässriger Lösungen mit 15,1 Gew.-% SDS bzw.
15,0 Gew.-% TX-100 erzeugt. Der Gehalt der in den Öl-Compounds enthaltenen silikatischen Spezies wurde dabei jeweils variiert. Die erhaltenen Werte für Msat wurden als Funktion des Füllstoffgehalts aufgetragen (Abb. 6.36 bis Abb. 6.39).
Die Abhängigkeit der Gelstabilität vom Gehalt der silikatischen Komponente im Silikonöl-Compound lässt sich für die Implementierung der hydrophilen Kieselsäure HDK V15 im untersuchten Bereich in sehr guter Näherung mit einem exponentiellen Abfall bis zu einem Grenzwert Msat,grenz beschreiben (Abb. 6.36).
Eine entsprechende Gesetzmäßigkeit kann hingegen für den Zusatz hydrophober Kieselsäure HDK H15 nicht abgeleitet werden. Eine Linearisierung der Relation zwischen Msat und cHDK H15
lässt sich jedoch gewinnen durch eine halblogarithmische Auftragung gemäß Abb. 6.37, rechts.
Eine Extrapolation dieser Linearität auf Msat = 0 liefert einen Wert für den HDK-Gehalt von c0HDK H15 = 2,00 Gew.-%. Auffällig ist darüber hinaus, dass bereits geringe Mengen von HDK H15 eine sehr starke Destabilisierung der Gele bewirken.
Abb. 6.36: Abhängigkeit von Msat vom Anteil an HDK V15 bzw. HDK H15 im System PDMS-Öl AK5 + HDK/ Wasser/ 15,1 Gew.-% SDS
Abb. 6.37: Lineare Abhängigkeit von Msat vom Logarithmus des Anteils an HDK H15 im System PDMS-Öl AK5 + HDK H15/ Wasser/ 15,1 Gew.-% SDS
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
0 50 100 150 200
250 HDK V15
HDK H15
M sat
Gew.-% HDK in AK5
0,01 0,1
0 20 40 60 80 100
0,005 0,5
M sat
Gew.-% HDK H15 in AK5
Abb. 6.38: Abhängigkeit von Msat vom Anteil an MQ803 im System PDMS-Öl AK5 + MQ803/ Wasser/
15,1 Gew.-% SDS
Abb. 6.39: Abhängigkeit von Msat vom Anteil an MQ803 im System PDMS-Öl AK5 + MQ803/ Wasser/
15,0 Gew.-% TX-100
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
0 50 100 150 200 250
M sat
Gew.-% MQ803 in AK5
0 1 2 3 4 5
0 20 40 60 80 100 120 140
M sat
Gew.-% MQ803 in AK5
Wie den Abb. 6.38 und Abb. 6.39 zu entnehmen ist, folgt auch bei Zusatz von MQ803 zum PDMS-Öl AK5 die mit steigendem Silikonharz-Gehalt abnehmende Gelstabilität einem exponentiellen Gesetz. Dies konnte im SDS-System für Gewichtsanteile von MQ803 bis 0,75 Gew.-%, im TX-100-System bis 2,50 Gew.-% gezeigt werden. Bei cMQ ≥ 3,0 Gew.-% erfolgt eine abrupte Abnahme der erzielbaren Msat-Werte, die darüber hinaus bis cMQ = 5,0 Gew.-% konstant bleiben.
Wie aus der Darstellung in Abb. 6.39 hervorgeht, ist eine Einbeziehung der Msat-Werte in den exponentiellen Zusammenhang für cMQ ≥ 3,0 Gew.-% nicht sinnvoll.
6.2.4 Einfluss von Lagerungsdauer/ Erhitzungszeit der Silikonöl-Compounds